Proiect de an Final

Mod Coala

№document Semnat Data

CoalaUTM 525.2 101 023 PA

INTRODUCERE

Dezvoltarea telefoniei mobile, în special în deceniul 1980-1990, a condus la

apariția a numeroase sisteme (NMT - in tarile nordice, TACS - in Marea Britanie,

AMPS - in SUA) și la creșterea numărului de abonați (la începutul lui 1990 existau

aproximativ 1 milion de abonați în Europa). Principala problema, aparută încă de la

începutul anilor '80, a fost incompatibilitatea între sisteme mobile diferite: de

exemplu, un abonat al sistemului NMT își putea folosi telefonul mobil numai pe

teritoriul țărilor care aveau rețea mobilă NMT. Odată intrat într-o țară cu un alt sistem

mobil, diferit de NMT, telefonul sau mobil devenea inutilizabil.

Cauzele trecerii la radiotelefonia celulară cu transmisie digitală, ca soluţie

comună pentru un acces general:

Incompatibilitatea dintre normele de radiotelefonie celulară cu transmisie

analogică folosite în Europa;

deplasările frecvente ale utilizatorilor pe continent.

Este evident că trecerea de la telefonia mobilă analogică spre telefonia mobilă

digitală s-a realizat cu rapiditate, datorită compatibilităţii la nivel european şi plusului

de convorbiri simultane care au devenit posibile cu ajutorul tehnologiei de

multiplexare TDMA.

4

Mod Coala



I PARTEA TEORETICĂ

1.1 Noțiuni.Telefonia celulară

Legătura telefonică “fără fir” (wireless):

oferă avantajul flexibilităţii obţinut prin mobilitate, ceea ce lipseşte unui post

telefonic fix.

acest tip de legătură foloseşte ca suport pentru comunicaţie proprietatea

undelor radio de a se propaga în mediul înconjurător. Propagarea semnalului radio

caracterizat de o anumită frecvenţă şi amplitudine, se face de la o antenă de emisie

spre o antenă de recepţie cu păstrarea frecvenţei şi micşorarea progresivă a

amplitudinii pe măsură ce creşte distanţa. Datorită micşorării amplitudinii undelor

radio odată cu creşterea distanţei faţă de antena de emisie, există o zonă în care

recepţia este optimă, o altă zonă în care recepţia este dificilă şi o a treia zonă (restul)

în care posibilitatea de recepţie dispare. Atenuarea (micşorarea amplitudinii) este de

asemenea dependentă de valoarea frecvenţei şi anume creşte proporţional cu

frecvenţa. Prin urmare diametrul zonei de recepţie optimă, pentru o aceeaşi putere de

emisie, se micşorează pe măsură ce frecvenţa undei radio de emisie creşte.

Telefonia mobilă destinată populaţiei a trebuit să depăşească:

- obstacolul determinat de necesitatea unui număr cât mai mare de convorbiri

simultane;

- constrângerea care provine de la un număr finit de benzi disponibile de frecvenţă.

Într-adevăr, o convorbire prin unde radio presupune 2 frecvenţe purtătoare şi în

consecinţă 2 benzi de frecvenţă, care ar trebui să fie proprii fiecărei convorbiri.

Numai când legătura este “duplex” (cu două sensuri de transmisie) se pot realiza

comunicaţii simultane în ambele sensuri. Deoarece fiecare emiţător este constrâns să

fie recepţionat numai de receptorul propriu, fără să producă interferenţe altor

5

Mod Coala



convorbiri, rezultă necesitatea unei separări de siguranţă între benzile de frecvenţă şi

ca urmare o limitare a numărului de convorbiri simultane. Banda disponibilă a

frecvenţelor radio rezervate radiotelefoniei mobile a constituit de la început un

obstacol în dezvoltarea acestui mijloc de comunicare.

Telefonia mobilă analogică a depăşit acest obstacol prin două inovaţii :

1. - alocarea dinamică a frecvenţelor purtătoare ;

2. - împărţirea în celule a zonei deservite (acoperită radio).

Împărţirea în celule este permisă de existenţa zonelor de recepţie optimă pentru

fiecare emiţător cu o putere stabilită. Prin urmare, un emiţător este recepţionat optim

numai în celula sa, în celulele învecinate fiind recepţionat accidental, iar în celulele

îndepărtate recepţia fiind nulă. În fiecare celulă există o staţie fixă de emisie-recepţie,

care comunică numai cu telefoanele mobile din celula respectivă. Odată cu divizarea

în celule, puterea de emisie a staţiilor fixe a trebuit să fie diminuată. Această inovaţie

(împărţirea în celule) face posibil ca benzile de frecvenţă (existente în acelaşi număr

finit), să fie reutilizabile în alte celule.

Alocarea dinamică a frecvenţelor purtătoare semnifică faptul că într-o celulă

frecvenţele necesare unei convorbiri nu sunt stabilite pentru totdeauna, ci sunt

repartizate de către calculatorul ce gestionează emiţătorul celulei, în funcţie de

disponibilităţile de la un moment dat, disponibilităţi ce se schimbă permanent

deoarece unele convorbiri încep, altele se încheie. Când un abonat transmite o cerere

de apel, staţia fixă îi atribuie o frecvenţă de emisie. Dacă abonatul trece în altă celulă,

va fi controlat de alt emiţător, care îi va atribui o nouă frecvenţă, iar frecvenţa

utilizată anterior va deveni liberă. Fiecare celulă este asociată cu o staţie radio fixă de

emisie-recepţie. Teoretic, o celulă are o formă hexagonală şi reprezintă suprafaţa pe

cuprinsul căreia comunicaţia dintre telefonul mobil şi staţia radio asociată se

realizează în condiţii de calitate. Dacă se are în vedere că puterea de emisie a unui

telefon mobil este limitată, se ajunge la concluzia că şi distanţa de comunicare este

6

F1

F1

F1

F1

Mod Coala



limitată. Prin urmare, o reţea care acoperă un spaţiu întins va necesita un număr mare

de celule şi, în mod implicit, un număr mare de staţii radio asociate. Deoarece o

emisie radio de putere mică va deservi o zonă limitată, este posibil ca aceeaşi

frecvenţă de emisie să fie reutilizată şi într-o altă zonă suficient de depărtată.

În telefonia celulară aria celulei reprezintă unitatea elementară care stă la baza

divizării unui spaţiu, pe suprafaţa fiecărei celule utilizându-se la un moment dat un

anumit grup de frecvenţe radio. Cu cât celulele au o suprafaţă mai mică, cu atât

numărul frecvenţelor ce pot fi utilizate simultan în cadrul reţelei este mai mare.

Această posibilitate tehnică este folosită intens în spaţiile dens populate. Exploatarea

simultană a aceloraşi frecvenţe radio în două celule diferite necesită respectarea unei

distanţe minime, aceasta fiind egală de regulă cu dublul diametrului unei celule. În

figura 1.1 se reprezintă schematic cum este respectată condiţia explicată mai sus în

cazul reutilizării frecvenţei “F1”.

Figura 1.1 Reutilizarea frecvențelor (frecvenţa F1)

Fiecare staţie radio asociată unei celule are alocat un număr de frecvenţe

purtătoare, în funcţie de traficul estimat în celula respectivă. Frecvenţele nu sunt

stabilite “pentru totdeauna”, ci sunt atribuite în mod dinamic, de către un calculator

de supervizare a comunicaţiilor din reţea.

7

Mod Coala



1.2 Standardul NMT-900

NMT (Nordic Mobile Telephone) a fost adoptat în Norvegia, Finlanda, Suedia,

Danemarca, Belgia, Olanda, Franţa, Spania, România, etc. Funcţionează în banda de

450 MHz, sau 900 MHz, având o lărgime de 25 KHz pentru fiecare canal radio;

publicului încă din anul 1981. Transmisia de tip analogic foloseşte modulaţia de

frecvenţă a unei purtătoare din banda frecvenţelor alocate reţelei NMT. Există două

variante ale normei :

-- NMT 450, cu banda de frecvenţe “uplink” de la 451 MHz la 457,5 MHz, iar banda

frecvenţelor “downlink” de la 463 MHz la 469,5 MHz ;

-- NMT 900, cu banda de frecvenţe “uplink” de la 890 MHz la 915 MHz, iar banda

frecvenţelor “downlink” de la 935 MHz la 960 MHz .

Tipuri de canale radio utilizate

Legătura abonaţilor mobili cu BS se efectuează pe canalele radio alocate. În

dependenţă de funcţiile realizate aceste canale se clasifică în:

1. Canale de trafic – sunt canalele ce se utilizează pentru transmiterea informaţiei

utile după realizarea legăturii. Întotdeauna într-o celulă trebuie să existe un

canal de trafic ce este marcat ca un canal liber.

2. Canale de căutare – sunt acelea pe care BS transmite un semnal de apel către

abonatul mobil. Pentru urmărirea poziţiei abonatului mobil în reţea în starea lui

de aşteptare şi pentru comunicaţii de trafic în cazurile unui trafic intens, sunt

marcate cu un semnal special de canale de căutare.

3. Canale de acces – (numai la NMT 900) sunt canale care au rolul de a transmite

un apel de la ME spre BS pentru obţinerea unui canal de trafic după recepţia

semnalului MSC. Selectează canalul de trafic îl transmite la BS care-l ordonă

pe acel canal să se acordeze.

8

MSC-H

MSC-V

AT AT

AT

Mod Coala



4. Canale combinate de trafic şi căutare – se utilizează pentru transmiterea

apelului de la BS la ME la regim de trafic intens, se utilizează ca canale de

trafic.

Canalel de căutare şi acces formează canal de apel.

Legătura între BS şi MSC poate fi realizată prin fire electrice, fibra optică,

unde radio.

Realizarea legăturilor de comunicaţie

Dirijarea funcţionării sistemului NMT se efectuează de către MSC. În NMT

există 2 tipuri de MSC:

1) MSC-H(Home) – MSC de apartenenţă – reprezintă acele MSC în care se

realizează înregistrarea abonaţilor daţi.

2) MSC-V(Visited) – MSC vizitat – reprezintă acel MSC pe teritoriul căreia se

află într-un moment dat abonaţii înregitraţi la alt MSC.

În MSC-H se păstrează toate informaţiile despre abonaţii înregistraţi în această

arie şi toate apelurile ce sunt adresate abonaţilor adresaţi în MSC-H iniţial nimeresc

aici.

În MSC-V se conţine informaţia temporară despre abonaţii ce se află pe o

perioadă de timp pe teritoriul dat.

Figura 1.2 Dirijarea funcţionării sistemului NMT

9

Standby ME-MSC

Urmarirea

Conversaţie Sfîrşt de convorbire

MSC → →ME

Hand over Întreruperia forţată convorbirei

ON OFF

Mod Coala



Modul de stabilire şi funcţionare a legăturii în NMT poate fi reprezentat prin

următoare schemă:

Figura 1.3 Schema de funcționare a legăturii în NMT

Supervizarea calităţii legăturii: se efectuează pe parcursul derulării conversaţiei şi

constă din 2 proceduri:

1. măsurarea la BS a nivelului semnalului recepţionat de la ME

2. măsurarea raportului semnal/zgomot pentru un semnal special transmis de la

BS spre ME şi întors de la ME spre BS pe canalul de trafic.

În ambele cazuri în dependenţă de rezultatele măsurărilor există 3 variante:

1) Conversaţia contiunuă (nivelul semnalului normal în ambele cazuri)

2) Cînd se caută un canal de trafic „mai bun”, în acest caz BS transmite

către MSC un semnal de alarmă în care se identifică canalul pe care se

efectuează o convorbire curentă a abonatului mobil dat şi se cere de a se

găsi un canal pentru hand over, asemenea canalul poate fi sau în celula

dată, sau în altă celulă şi în rezultat se efectuează hand over-ul

3) Nu se ia nici o măsură şi convorbirea continuie pînă la întreruperea

forţată

10

Mod Coala



Semnalul special transmis pe canalul de trafic de către BS spre ME este unic

pentru BS dată, însă diferite pentru BS vecine, semnalul dat este Δφ şi are

următoarele valori:

Tabelul 1.1 Valorile semnalului Δφ

Δφ1 Δφ2 Δφ3 Δφ4

3955Hz 3985Hz 4015Hz 4045Hz

Transferul legăturii (hand over): în NMT transferul de legătură are un specific ce

constă în faptul că hand over-ul se face în 2 nivele de alarmă:

1) Nivelul 1 – la care se stabileşte necesitatea efectuării hand over-ului prin

analiza rezultatelor măsurării semnalului de trafic sau Δφ, în acest caz BS

transmite către MSC semnalul de alarmă. Nivelul 1 reprezintă o fază

pregătitoare pentru hand over.

2) Nivelul 2 – la care MSC realizează căutarea unui canal liber de trafic mai bun

şi dacă un aşa canal este găsit se realizează hand over-ul, astfel convorbirea

continuie pînă la pierderea lagăturii sau întreruperea ei.

Accesul şi căutare în NMT:

Accesul – reprezintă obţinerea unui canal de trafic cînd apelul este iniţiat de

abonatul mobil.

Căutarea – reprezintă obţinerea unui canal de trafic pentru comunicaţie cînd apelul

este adresat către un abonat mobil.

În reţeaua NMT se desting 2 situaţii de iniţiere a apelului către un abonat mobil şi

anume:

Cînd apelul este iniţiat de către un abonat al reţelei PSTN

Cînd apelul este iniţiat de către un abonat al reţelei PLMN

În primul caz sunt posibile 2 variante:

11

Mod Coala



1) Semnalul de apel de la abonatul fix se transmite prin centrala locală

şi de tranzit şi nimereşte în MSC-H, care dirijează apelul către MSC-

V a reţelei date sau altei reţele pe teritoriul căreia se află în momentul

dat abonatul mobil.

2) Semnalul de apel de la abonatul PSTN se transmite prin centrala

locală şi de tranzit şi nimereşte în PLMN prin orice MSC, şi anume

prin MSC-G (MSC-Gateway-de intrare), MSC-G contactează cu

MSC-H şi află în acest moment abonatul apelat, după ce transmite

către MSC-V şi mai departe către abonat.

În cazul apelului de la PLMN la ME abonatul mobil formează numărul

necesar, se declanşează procedura de proces în care se efectuează identificarea ME şi

dacă ME are posibilitatea de accesare a serviciului, şi se eliberează un canal de trafic

după care procedura de apel este transmisă spre PSTN, sau spre PLMN. În cazul

legăturii cu abonatul PLMN preventiv se află poziţia lui pentru a determina aria de

trafic în care v-a fi transmis apelul.

II PARTEA TEORETICĂ

12

Mod Coala



Datele inițiale:

i = 4

j = 3

R = 7 km

Sistemul– NMT-900

ΔF1 = 900,8-915 MHz

ΔF2 =945,8-960 MHz

Δfc = 0,025 MHz

Canal duplex,set de canale 4

Prima condiție necesară de îndeplinit este condiția (1).

|ΔF1|=|Δ F2| (1)

|ΔF1|=|915−900,8|=14,2MHz

|ΔF1|=|960−945,8|=14,2MHz

|14,2|=|14,2| [MHz]

2.1 Calculul numărului total de canale de trafic

N t=|ΔF1|

Δf c

=|ΔF2|

Δf c (2)

Unde ∆fc - frecvenţa canalului, ∆fc =0,025 MHz;

ΔF1- diapazonul de frecvențe ME către BS;

ΔF2 -diapazonul de frecvențe BS către ME.

13

Mod Coala



N t=|ΔF1|

Δf c

=|ΔF2|

Δf c

=14 , 20 , 025

=568 [canale ]

Se vor utiliza 568 de canale.

2.2 Calculul numărului de celule într-un cluster

Se calculează conform formulei (3):

Unde:

K-numărul de celule în cluster

i-vector de deplasare

j-vector de deplasare

K=i2+i⋅j+ j2=42+4⋅3+32=37 [celule]

Vom avea un cluster format din 37 de celule.

Utilizînd numărul total de canale de trafic şi numărul de celule într-un cluster

calculăm numărul de canale într-o celulă :

N=

N t

K (4)

N=56837

=15 , 35 [canale]

În celule trebuie de utilizat un număr întreg de canale.

Deci în unele din ele se vor utiliza cîte 15 canale, în altele cîte 16 canale.

2.3 Calcularea distanţei de reutilizare a frecvenţei - două metode

Distanţa de reutilizare a frecvenţei se numește distanţa minimă dintre

centrele a 2 celule cu acelaşi set de canale din clustere vecine şi ea se calculează

14

Mod Coala



prin 2 metode:

1 metodă: Avînd raza celulei și numărul total de celule într-un cluster,înlocuim

în formula (5):

D=R√3 K (5)

Unde:

D-distanța de reutilizare a frecvenței

R-raza celulei [km]

K-numărul de celule într-un cluster

D=R√3 K=7√3∗37=7√111=73 ,75 [km]

2 metodă: În urma plasării geometrice a celulelor,conform figurii 2.1, am

obținut coordonatele punctelor P1 și P2. Plasîndu-le în formula (6), obţinem:

P1(x1,y1) = P1(8, 7)

P2(x2,y2) = P2(15, 4)

D=R√3⋅[( x1−x2)2+( x1−x2)( y1− y2)+( y 1− y2)

2 ] (6)

Unde:

R-raza celulei [km]

D-distanța de reutilizare a frecvenței

x1,x2,y1,y2-coordonatele punctelor P1 și P2

D=7√3 [(8−15)2+(8−15 )(7−4 )+(7−4)2 ]=7√3∗37=11 √111=73,75 [km]

2.4 Repartizarea canalelor în seturi pe celule

Vom construi tabelul unde vom numerota consecutiv numărul celulei și în

liniile de mai jos,numărul canalului,de asemeni consecutiv (vezi tabelul 2.1).

15

Mod Coala



Tabelul 2.1 Repartizarea canalelor în seturi pe celule

2.5 Repartizarea celulelor în cluster şi în afara lui (7 clustere)

Repartizarea seturilor de canale între celulele clusterului constă în :

1. Se alege o celulă oarecare de pe teritoriul ce trebuie acoperit şi acestei celule

iniţiale i se atribuie un oarecare set de canale.

2. Cele mai apropiate 6 celule care vor utiliza acelaşi set de canale. Se determină

deplasîndu-se din centru celulei iniţiale perpendicular pe fiecare din laturile celulei

iniţiale cu i unităţi (sub unitate se subînţelege distanţa dintre 2 celule vecine).

3. Sub un unghi pozitiv în sens geometric(de la o linie contra acelor de ceasornic)

de 60º se deplasează cu j celule.Celulei obţinute se va atribui setul iniţial de canale 1.

4. Se alege o oarecare celulă ce se află între celulele ce au primit deja un set de

canale şi se repetă 1÷3.

Procedura se termină atunci cînd toate celulele cuprinse între celulele cu setul 1

au primit cîte 1 set de canale (toate seturile trebuie să fie diferite; diferite seturi de

canale nu pot utiliza unul şi acelaşi canal).

Repartizarea celulelor în cluster şi în afara lui (7 clustere) este arătată în figura

2.1.

16

Mod Coala



Figura 2.1 Repartizarea geometrică celulelor

17

Mod Coala



2.6 Planul de frecvențe

Figura 2.2 Formarea planului de frecvențe a sistemei NMT-900

Distanța de departajare în frecvență se calculează după formula (7).

∆ Fd=f p 4BS → ME−f p 4

ME → BS (7)Obținem:

∆ Fd=945,9875−900,9875=45 [MHz]

2.7 Capacitatea rețelei proiectate în NMT -900

Calculăm suprafața unei celule conform formulei (8).

Scelulă=12∗R2∗n∗sin

360 °n

(8)

unde R-raza unei celule

n-numărul de laturi a poligonului ( în cazul nostru n va fi egal cu 6)

La introducerea datelor în formula (8), obținem:

18

Mod Coala



Scelulă=0,5∗72∗6∗sin360 °

6=127,302 [km2]

Suprafața totală a unui cluster va fi :

Scluster=k∗Scelulă (9)

Scluster=k∗Scelulă=37∗127,302=4710,174 [km2]

Drept rezultat, numărul de clustere necesare pentru a deservi teritoriul

Republicii Moldova după formula (10) va fi:

N clacop

.=

SRM

Scluster (10)

unde N clacop

.-numărul de clustere pentru deservirea teritoriului Republicii Moldova

SRM=¿33 700 km2

N clacop

.=33 700

4710,174=7,15 [clustere]

Calculăm capacitatea rețelei C (formula 11) . În sistemul NMT,un canal

deservește un singur abonat . Ca urmare capacitatea rețelei va fi calculată în felul

următor:

C=N t∗N clacop

.∗1 (12)

Deci,obținem:

C=568*7,15*1=4 061 [abonați]

Rețeaua data proiectată în sistemul NMT-900 poate deservi 4 061 de abonați.

19

Mod Coala



CONCLUZII

În cadrul acestui proiect de an am avut sarcina de a proiecta o rețea de

comunicații mobile inteligentă în cadrul sistemului NMT-900.

În prima parte a proiectului am descris succint proprietățile sistemului,

parametrii de bază, printre care se enumeră banda de frecvenţe “uplink” de la 890

MHz la 915 MHz, iar banda frecvenţelor “downlink” de la 935 MHz la 960 MHz,

având o lărgime de 25 KHz pentru fiecare canal radio.

În cadrul părții a doua, numită și partea practică, am efectuat calculul

parametrilor rețelei, inclusiv capacitatea acesteia. Deci, în banda de frecvențe

ΔF1 = 900,8-915 MHz și ΔF2 =945,8-960 MHz cu banda canalului Δfc = 0,025 MHz,

am calculat numărul total de canale de trafic, obținînd o valoare de 568 canale. În

continuare, cunoscînd vectorii de deplasare i=4 și j=3, am calculat numărul de celule

într-un cluster, acestea fiind în număr de 37 celule. Conform algoritmului tabelar de

alocare a canalelor, am distribuit canalele între celulele clusterului conform tabelului

2.1. Avînd drept sarcină setul de canale și canalul duplex 4, am format planul de

frecvențe prezentat în punctul 2.6, cap.II, figura 2.2. Iar distribuirea geometrică a

celulelor este prezentată în figura 2.1. În final, am calculat capacitatea rețelei,

calculînd consecutiv suprafața unei celule, a unui cluster și respectiv numărul total

de clustere necesar pentru a deservi întreg teritoriul R.Moldova de 33 700 km2.

Valoarea capacității C este de 4 061 abonați deserviți concomitent.

Deci, referitor la partea teoretică pot afirma că NMT 900 Mhz a permis

lărgirea capacităţii de prestare a serviciului de telefonie mobilă . Iar rețeaua proiectată

în acest proiect de an poate fi utilizată în zonele suburbane, cît și urbane, avînd un

număr mare de abonați deserviți și o rază mică a celulelor.

20

Mod Coala



BIBLIOGRAFIE

1 http://www.msqe.ase.ro/Documente/retelemobile(2).pdf

2 http://protlc.net/category/comunicatii-mobile/page/10/

3 http://en.wikipedia.org/wiki/Nordic_Mobile_Telephone

4 http://www.comm.pub.ro/_curs/cmt/cursuri/CMT%2001%20introducere.pdf

21

http://www.comm.pub.ro/_curs/cmt/cursuri/CMT%2001%20introducere.pdf

http://en.wikipedia.org/wiki/Nordic_Mobile_Telephone

http://protlc.net/category/comunicatii-mobile/page/10/

http://www.msqe.ase.ro/Documente/retelemobile(2).pdf

Documents

Proiect de an Final